Μετασχηματιστής ήχου

Τι είναι ένας μετασχηματιστής;

Ένας μετασχηματιστής είναι μια στατική ηλεκτρική συσκευή που μεταφέρει ενέργεια μεταξύ δύο ή περισσότερων κυκλωμάτων μέσω ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Ο μετασχηματιστής μπορεί να ανεβεί ή να κατεβάσει την τάση σήματος. Ο μετασχηματιστής δεν έχει άμεση σύνδεση μεταξύ της πρωτεύουσας και της δευτερεύουσας περιέλιξης, η ηλεκτρική ενέργεια που μεταφέρεται χρησιμοποιώντας ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Λόγω αυτής της απομονωμένης ιδιότητας μεταξύ πρωτογενούς και δευτερεύοντος, ο μετασχηματιστής παρέχει ηλεκτρικές απομονώσεις μεταξύ πρωτογενούς και δευτερογενούς, που σημαίνει από την είσοδο και την έξοδο ή το αντίστροφο. Έχουμε καλύψει λεπτομερές άρθρο σχετικά με τους μετασχηματιστές.

Μετασχηματιστής ήχου

Ένας μετασχηματιστής λαμβάνει ένα ημιτονοειδές σήμα εισόδου και το μετατρέπει σε σήμα εξόδου. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας μετατροπής, δεν υπάρχουν φυσικές συνδέσεις μεταξύ αυτών των δύο. Αυτή η μετατροπή συμβαίνει στην πραγματικότητα από τα δύο ή περισσότερα μονωμένα πηνία χαλκού (τα οποία δηλώνονται ως περιελίξεις) τυλιγμένα γύρω από έναν μαγνητικό πυρήνα σιδήρου.

Το Audio Transformer χρησιμοποιεί αυτήν την ιδιότητα απομόνωσης και δημιουργεί απομόνωση μεταξύ των ηχείων εξόδου ή του κυκλώματος ήχου με το σύστημα ενισχυτή πλευράς εισόδου του μετασχηματιστή. Σε αυτήν την περίπτωση, η αναλογία πρωτογενών και δευτερευόντων στροφών περιέλιξης καθορίζεται σε 1: 1. Λόγω αυτού, ο μετασχηματιστής δεν μεταβάλλει το επίπεδο τάσης ή ρεύματος. Δημιουργεί μόνο απομόνωση μεταξύ των ενισχυτών εισόδου με το σύστημα ηχείων εξόδου.

Εκτός από τον μετασχηματιστή απομόνωσης υπάρχει και ένας άλλος μετασχηματιστής ήχου, ο οποίος θα αλλάξει το επίπεδο τάσης εξόδου ανάλογα με το σήμα AC εισόδου. Το μεγάφωνο είναι ένα τεράστιο φορτίο και πρέπει να παρέχει το απαιτούμενο ρεύμα και τάση σε αυτό για να παράγει σωστή ηχητική δόνηση. Ένας μετασχηματιστής ήχου με λειτουργία Step-up θα αυξήσει την τάση ή το τρέχον επίπεδο για να οδηγήσει ένα φορτίο σε αυτό. Το ίδιο συμβαίνει και με τον μετασχηματιστή Stepdown. Μετατρέπει την τάση από υψηλότερη σε χαμηλότερη με την αυξημένη έξοδο ρεύματος.

Ο μετασχηματιστής ήχου παρέχει επίσης προδιαγραφές αντιστοίχισης σύνθετης αντίστασης. Όταν η έξοδος ενός κυκλώματος ή μιας συσκευής συνδέεται απευθείας με την είσοδο μιας άλλης συσκευής, είναι πολύ σημαντικό η αντίσταση εξόδου της συσκευής και η αντίσταση εισόδου της συσκευής να ταιριάζουν. Ένας μετασχηματιστής αντιστάθμισης σύνθετης αντίστασης παρέχει αυτή τη δυνατότητα και μετατρέπει την υψηλότερη έξοδο σύνθετης αντίστασης σε χαμηλότερη αντίσταση για να οδηγήσει ένα ηχείο χαμηλής σύνθετης αντίστασης ή να τροφοδοτήσει μια άλλη συσκευή χαμηλής αντίστασης.

Εργασία του μετασχηματιστή ήχου και της κατασκευής του

Αν και ένας μετασχηματιστής ήχου δεν έχει φυσική σύνδεση μεταξύ του πρωτεύοντος και του δευτερεύοντος πηνίου του, ο μετασχηματιστής παρέχει αμφίδρομη δυνατότητα μεταξύ αυτών των δύο περιελίξεων. Μπορούμε επίσης να χρησιμοποιήσουμε την ίδια πρωτογενή πλευρά ως δευτερεύουσα και δευτερεύουσα με την πρωτογενή. Σε μια τέτοια περίπτωση, ο μετασχηματιστής παρέχει απώλεια σήματος προς μία κατεύθυνση και κέρδος σήματος σε αντίστροφη κατεύθυνση ή αντίστροφα.

Ο μετασχηματιστής ήχου λειτουργεί σε συχνότητες μεταξύ 20 Hz και 20 kHz. Έτσι, η λειτουργία ενός μετασχηματιστή ήχου έχει πολύ μεγαλύτερο εύρος συχνοτήτων.

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, ο μετασχηματιστής ήχου χρησιμοποιεί την τεχνική εξισορρόπησης Impedance. Είναι πολύ χρήσιμο για την εξισορρόπηση ενισχυτών και φορτίων (μεγάφωνο και άλλα) που χρησιμοποιούν διαφορετική αντίσταση εισόδου ή εξόδου για μέγιστη εφαρμογή μεταφοράς ισχύος.

Στις σύγχρονες μέρες, οι σύνθετες αντίσταση ηχείων κυμαίνονται από 4 έως 16 ohms, συνήθως ηχεία 4 ohms, 8 ohms ή 16 ohms ενώ οι ενισχυτές Transistor ή Solid state χρησιμοποιούν σύνθετη αντίσταση εξόδου 200 - 300 ohms. Εάν ο ενισχυτής είναι ρετρό σχέδιο, όπως παλιός ενισχυτής βαλβίδων ή σωλήνων, τότε η τάση εξόδου φτάνει μερικές φορές στα 300V με σύνθετη αντίσταση 3k. Χρειαζόμαστε μετασχηματιστή αντιστοίχισης σύνθετης αντίστασης που θα μετατρέψει την υψηλή αντίσταση σε χαμηλή σύνθετη αντίσταση και θα πρέπει να μετατρέψει την τάση και το ρεύμα σε επίπεδο που θα οδηγεί άμεσα ένα μεγάφωνο.

Ένας μετασχηματιστής μπορεί να έχει πολλές περιελίξεις στην πρωτεύουσα και στη δευτερεύουσα πλευρά. Η αναλογία μεταξύ πρωτογενών και δευτερευόντων περιελίξεων, ο αριθμός των σπειρών στροφών στην πρωτεύουσα πλευρά (Np) και ένας αριθμός στροφών σπειρών στη δευτερεύουσα (Ns) ονομάζεται λόγος στροφών. Αυτός ο λόγος στροφών καθορίζει επίσης την αναλογία πρωτογενούς και δευτερεύουσας τάσης καθώς η τάση είναι ευθέως ανάλογη με τις πρωτογενείς και δευτερεύουσες στροφές περιέλιξης.

Έτσι, N _P / N _S = V _P / V _S

Αναλογία αντίστασης μετασχηματιστή ήχου

Η σύνθετη αντίσταση είναι ο πιο σημαντικός παράγοντας για τους μετασχηματιστές αντιστάθμισης αντίστασης. Για μετασχηματιστή αντιστάθμισης σύνθετης αντίστασης, ο λόγος σύνθετης αντίστασης μεταξύ πρωτογενούς προς δευτερεύοντος μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας την πρωτεύουσα και δευτερεύουσα στροφή ή την πρωτογενή και δευτερεύουσα τάση εξόδου.

Για τον υπολογισμό του λόγου σύνθετης αντίστασης πρέπει να τετραγωνίσουμε την αναλογία στροφών μετασχηματιστή ή την αναλογία τάσης μετασχηματιστή.

Στην παραπάνω εξίσωση, το Ζ _Ρ είναι πρωτογενή σύνθετη αντίσταση και το Ζ _S είναι δευτερεύουσα σύνθετη αντίσταση. N _P / N _S είναι ο λόγος στροφών του μετασχηματιστή και V _P / V _S είναι ο λόγος τάσης του μετασχηματιστή. Ο λόγος σύνθετης αντίστασης είναι ο λόγος τετραγώνου των στροφών ή ο λόγος τάσης. Έτσι, ένας μετασχηματιστής με αναλογία στροφών 4: 1 ή αναλογία τάσης θα μπορούσε να παρέχει αναλογία αντίστασης 16: 1.

Παράδειγμα

Μπορούμε να υπολογίσουμε ορισμένες πρακτικές τιμές ανάλογα με τους τύπους που δίνονται παραπάνω.

Ας υποθέσουμε ότι χρησιμοποιείται ένας μετασχηματιστής με αναλογία στροφών 25: 1 για την εξισορρόπηση της εξόδου του ενισχυτή ισχύος με ένα μεγάφωνο. Ο ενισχυτής ισχύος παρέχει αντίσταση εξόδου 100 ohms, ποια θα ήταν η ονομαστική αντίσταση ηχείου που απαιτείται για τη μέγιστη μεταφορά ισχύος;

Λύση:

Έτσι, χρησιμοποιώντας τον μετασχηματιστή αναλογίας στροφής 25: 1 σε ενισχυτή ισχύος 100Ω, θα μπορούσαμε να οδηγήσουμε αποτελεσματικά το ηχείο 4Ω με μέγιστη μεταφορά ισχύος.

Τύποι μετασχηματιστή ήχου

Όπως συζητήθηκε στο παραπάνω τμήμα, ο μετασχηματιστής ήχου μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πολλές εφαρμογές. Αλλά γενικά, τρεις τύποι μετασχηματιστών ήχου χρησιμοποιούνται κυρίως για σκοπούς που σχετίζονται με τον ήχο.

1. Μετασχηματιστής αντιστοίχισης αντίστασης
2. Βελτιώστε τον Μετασχηματιστή ήχου με ευρεία περιοχή συχνοτήτων που βρίσκεται εντός της ακουστικής συχνότητας.
3. Κατεβάστε τον Μετασχηματιστή ήχου με ευρεία περιοχή συχνοτήτων που βρίσκεται εντός της ακουστικής συχνότητας.

Υπάρχει επίσης ένας άλλος συγκεκριμένος μετασχηματιστής ήχου, ο οποίος είναι χρήσιμος για εφαρμογές ψηφιακού ήχου και γενικά λειτουργεί σε υψηλή συχνότητα.

Οι μετασχηματιστές μπορούν επίσης να έχουν πολλαπλές κύριες και δευτερεύουσες βρύσες, οι οποίες παρέχουν ευελιξία στον χρήστη να αλλάζει τις συσκευές εξόδου χωρίς να αλλάζει τον ακριβό μετασχηματιστή ήχου. Για παράδειγμα, ένας μετασχηματιστής μπορεί να έχει πολλαπλές δευτερεύουσες βρύσες για τη σύνδεση πολλαπλών φορτίων με αντίσταση 4 ohms, 8 ohm ή ακόμα και 16 ohms, αλλά μόνο μία βρύση πρέπει να συνδεθεί στο φορτίο όταν δουλεύει με αυτό. Τέτοιοι μετασχηματιστές είναι γενικά δαπανηροί και μπορούν να βρεθούν σε ρετρό μουσικά συστήματα ή ενισχυτές.

Ο μετασχηματιστής μπορεί να έχει διαφορετικά σώματα ανάλογα με το πού θα χρησιμοποιηθεί. Ένας μετασχηματιστής βάσης πλαισίου χρειάζεται ένα πλαίσιο στήριξης για να υποστηρίζει το ογκώδες βάρος. Επίσης, υπάρχουν μετασχηματιστές ήχου τοποθετημένοι σε PCB διαθέσιμο σε διάφορα σχήματα και μεγέθη ανάλογα με τις προδιαγραφές και τις χρήσεις τους.

Μετασχηματιστής μικροφώνου

Ένας μετασχηματιστής μικροφώνου που χρησιμοποιείται κυρίως για την εξισορρόπηση της σύνθετης αντίστασης μεταξύ του συστήματος ενισχυτή και του μικροφώνου. Είναι απαραίτητο καθώς θα υπάρξει απώλεια σήματος λόγω μη ισορροπημένης σύνθετης αντίστασης στην είσοδο του ενισχυτή και στην έξοδο του μικροφώνου.

Ένας μετασχηματιστής μικροφώνου δεν μειώνει τους θορύβους του Hum. Ένας μετασχηματιστής μικροφώνου χρειάζεται ένα συνεστραμμένο ζεύγος με καλώδια θωράκισης γείωσης για να συνδεθεί. Το σύρμα αποτελείται από δύο αγωγούς που στρίβονται σφιχτά μαζί και περιβάλλεται από αγώγιμη πλεξούδα ή φύλλο. Αυτό το καλώδιο μειώνει αποτελεσματικά τους βουητούς θορύβους και τις εξωτερικές παρεμβολές θορύβου.

Ένας μετασχηματιστής που έχει ένα μόνο πρωτεύον και λαμβάνει μη ισορροπημένη είσοδο, και έχει ένα δευτερεύον κεντρικό κτύπημα που παρέχει μια ισορροπημένη έξοδο, ονομάζεται Balun Transformer Σε μια τέτοια διαμόρφωση, ο ενισχυτής λαμβάνει ένα τέλειο ισορροπημένο σήμα.

Μετασχηματιστής μονάδας ήχου 100V Line

Υπάρχουν τέτοια σενάρια όπου πολλαπλά ηχεία συνδέονται μεταξύ τους σε συστήματα δημόσιων διευθύνσεων μεγάλης εμβέλειας τα οποία συνδέονται με ένα μόνο σύστημα ενισχυτή. Το πρόβλημα προκύπτει όταν χρησιμοποιούνται μεγάλα καλώδια για τη σύνδεση της εξόδου ενισχυτή και της εισόδου μεγαφώνου. Η αντίσταση καλωδίου δημιουργεί πρόβλημα για την ποιότητα του σήματος και η απώλεια σήματος συμβαίνει με χαμηλό εύρος σήματος στα ηχεία.

Λόγω αυτού, χρησιμοποιούνται δύο ειδικοί μετασχηματιστές, ένας είναι βήμα προς τα πάνω και ένας άλλος είναι το Step Down. Ο μετασχηματιστής αύξησης αυξάνει την τάση σήματος εξόδου ήχου στα 100V. Λόγω του τύπου P (W) = V x A, όταν αυξάνεται μια τάση, το ρεύμα μειώνεται για μια δεδομένη ισχύ. Η αντίσταση δεν θα ήταν αποτελεσματική για το χαμηλό ρεύμα σήματος. Το σήμα θα εκπέμψει τέλεια.

Από την άλλη άκρη, σε κάθε ηχείο, ένας μετασχηματιστής step-down με δυνατότητα αντιστοίχισης σύνθετης αντίστασης, κατεβάζει το 100V στην τάση των ηχείων και αυξάνει το ρεύμα. Ο μετασχηματιστής ταιριάζει επίσης με την αντίσταση για μέγιστη μεταφορά ισχύος.

Αυτός ο τύπος μετασχηματιστών ήχου ονομάζεται γραμμή μετάδοσης που ταιριάζει με μετασχηματιστή ήχου. Έχουν πολλαπλές συνδέσεις τόσο στην πρωτεύουσα όσο και στη δευτερεύουσα πλευρά. Γενικά, χρησιμοποιούνται πρωτεύουσες πλευρικές βρύσες για κατάλληλο επίπεδο ισχύος, έτσι το κέρδος ενίσχυσης μπορεί να ελέγχεται με συνδέσεις βρύσης. Και η δευτερεύουσα πλευρά έχει πολλαπλές βρύσες που είναι χρήσιμες για τη σύνδεση διαφορετικών ηχείων σύνθετης αντίστασης σε διαφορετικά ηχεία σύνθετης αντίστασης ανάλογα με την επιλογή και τη διαθεσιμότητα.

Πολλοί σύγχρονοι μετασχηματιστές Professional Amplifier παρέχουν δυνατότητες χειρισμού υψηλής ισχύος, καθώς και πολλαπλές διαμορφώσεις για τη σύνδεση παράλληλων ή σειρών, ηχείων μεταξύ τους.